ניווט ברובוט עם חיישני נעליים, ללא GPS, ללא מפה: 13 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

עקוב אחר: oblu הוא חיישן ניווט פנימי עוד אודות oblu »

הרובוט נע בנתיב מתוכנת מראש ומשדר (באמצעות בלוטות ') את פרטי התנועה בפועל שלו לטלפון למעקב בזמן אמת. ארדואינו מתוכנת מראש עם נתיב ו- oblu משמש לחישת תנועת הרובוט. oblu מעביר מידע תנועה לארדואינו במרווח קבוע. בהתבסס על זה, ארדואינו שולט בתנועות הגלגלים כדי לאפשר לרובוט לעקוב אחר הנתיב שהוגדר מראש.

שלב 1: מבוא קצר

הפרויקט עוסק בהפיכת הרובוט לנוע במסלול מוגדר מראש בדיוק, מבלי לעשות שימוש ב- GPS או WiFi או בלוטות 'למיצוב, אפילו לא מפה או בניית תוכנית פריסה. וצייר את דרכו האמיתית (לסקאלה), בזמן אמת. ה- bluetooth יכול לשמש כתחליף חוט, להעברת מידע על מיקום בזמן אמת.

שלב 2: סיפור הרקע המעניין

סדר היום העיקרי של הצוות שלנו הוא לפתח חיישני ניווט להולכי רגל המותקנים בנעליים. עם זאת, פנתה אלינו קבוצת מחקר אקדמית עם דרישה של ניווט רובוט פנימי וניטור בו זמנית את מיקומו בזמן אמת. הם רצו להשתמש במערכת כזו למיפוי קרינה בתא סגור או זיהו דליפת גז במערך תעשייתי. מקומות כאלה מסוכנים לבני אדם. מחפש פתרון חזק לניווט פנימי של הרובוט מבוסס הארדואינו שלנו.

הבחירה הברורה שלנו עבור כל מודול חיישן תנועה (IMU) הייתה "אובלו" (עיין בתמונה למעלה). אבל החלק המסובך כאן היה שהקושחה הקיימת של אובלו מתאימה לחישוב רגליים מתים (PDR) או להולכי רגל, בתוך מילים פשוטות. ביצועי PDR של oblu בפנים כ- IMU המותקן ברגליים מרשימים למדי. זמינות אפליקציית אנדרואיד (Xoblu) למעקב בזמן אמת של אובלו כחיישן נעליים, מוסיפה ליתרון. עם זאת, האתגר היה להשתמש באלגוריתם הקיים שלו המבוסס על מודל הליכה אנושי, לניווט רובוט וניטור שלו.

שלב 3: מבוא קצר ל "אובלו"

"אובלו" היא פלטפורמת פיתוח ממוזערת בעלות נמוכה ומקור פתוח, המיועדת ליישומים של חישת תנועה לבישה. הסוללה הנטענת מסוג Li-ion ניתנת להפעלה ומאפשרת טעינת סוללות USB מובנית. יש לו מודול Bluetooth (BLE 4.1) המשולב לתקשורת אלחוטית. "אובלו" מארח מיקרו-בקר נקודה צפה של 32 סיביות (AT32UC3C של Atmel) המאפשר פתרון משוואות ניווט מורכבות על הסיפון. לכן מבצעים את כל עיבוד התנועה ב- oblu עצמו ומשדרים רק את התוצאה הסופית. זה הופך את האינטגרציה של oblu למערכת המשויכת לפשוטה ביותר. "oblu" מארח גם מערך רב IMU (MIMU) המאפשר מיזוג חיישנים ומשפר את ביצועי חישת התנועה. גישת MIMU מוסיפה לייחודיות של "אובלו".

החישובים הפנימיים של אובלו מבוססים על הליכה אנושית. oblu נותן תזוזה בין שני שלבים עוקבים ושינוי הכותרת. כיצד - כאשר כף הרגל באה במגע עם הקרקע, מהירות הסוליה היא אפס, כלומר הסוליה עומדת. בדרך זו אובלו מזהה 'צעדים' ומתקן כמה טעויות פנימיות. ותיקון שגיאות תכוף זה מביא לביצועי מעקב מצוינים. אז כאן טמון המלכוד. מה אם הרובוט שלנו הולך גם הוא באותו אופן - לזוז, לעצור, לזוז, לעצור.. למעשה, אובלו יכול לשמש לכל אובייקט שבתנועתו יש רגעי אפס קבועים ואפסיים. כך התקדמנו עם אובלו ותוך זמן קצר יכולנו להרכיב את הרובוט שלנו ואת מערכת המעקב.

שלב 4: מהו השימושיות של "אובלו"?

אנו מבלים כמעט 70% מזמננו בבית. לכן, ישנם יישומים רבים הדורשים ניווט פנימי של בני אדם ומכונות. פתרון המיקום הנפוץ ביותר הוא GPS/GNSS מבוסס לוויין וזה טוב לניווט בחוץ. הוא נכשל בסביבה פנימית או בסביבה עירונית שאינן נגישות לשמיים הצלולים. יישומים כאלה הם סקר גיאוגרפי של משכנות עוני או השטחים מתחת לחופה עצים כבדים, ניווט בתוך רובוטים, מיקום סוכני הצלה לכיבוי אש, תאונות כרייה, לוחמה עירונית וכו '.

קודמו של אובלו הוצג כחיישן נעליים קומפקטי מאוד (או חיישן PDR) למיקום לוחמי האש, אשר שודרג מאוחר יותר ושונה כפלטפורמת פיתוח הניתנת להגדרה עבור היצרנים המחפשים קל-מדויק- פתרון חישה אינרציאלי במחיר סביר לניווט פנימי של בני אדם כמו גם רובוטים. עד כה, משתמשי אובלו הוכיחו את יישומיו במעקב אחר הולכי רגל, בטיחות תעשייתית וניהול משאבים, שיטור טקטי, סקר גיאוגרפי של אזור נטול GPS, רובוט ניווט עצמי, רובוטיקה מסייעת, משחקים, AR/VR, טיפול בהפרעות תנועה, הבנת פיזיקה של תנועה וכו 'אובלו מתאים ליישומים עם מגבלות שטח, למשל חישת תנועה לבישה. זה יכול לשמש גם כ- IMU אלחוטי, הודות לבלוטוס המובנה. נוכחות של יכולת עיבוד נקודה צפה על הסיפון, יחד עם ארבעה מערכי IMU, מאפשרת מיזוג חיישנים ועיבוד תנועה בתוך המודול עצמו, מה שמביא לתורו חישה תנועה מדויקת מאוד.

שלב 5: סיפורו של הפרויקט

סיפור הפרויקט הזה בסרטון…

שלב 6: תיאור מערכת

הרובוט נע בנתיב מתוכנת מראש ומשדר (באמצעות בלוטות ') את פרטי התנועה בפועל שלו לטלפון למעקב בזמן אמת.

Arduino מתוכנת מראש עם נתיב ו- oblu משמש לחישת תנועת הרובוט. oblu מעביר מידע תנועה לארדואינו במרווח קבוע. בהתבסס על זה, ארדואינו שולט בתנועות הגלגלים כדי לאפשר לרובוט לעקוב אחר הנתיב שהוגדר מראש.

מסלול הרובוט מתוכנת כמכלול קטעי קו ישר. כל קטע קו מוגדר על פי אורכו וכיווןו ביחס לקודמו. תנועתו של הרובוט נשמרת בדיסקרטיות, כלומר היא נעה בקו ישר, אך בקטעים קטנים יותר (מאפשר לקרוא 'צעדים' לפשטות). בסוף כל צעד, אובלו מעביר את אורך הצעד ואת היקף הסטייה (שינוי כיוון) מהקו הישר, לארדואינו. ארדואינו מתקן את יישור הרובוט בכל שלב בקבלת מידע כזה, אם הוא מוצא סטייה מהקו הישר שהוגדר מראש. לפי התוכנית, הרובוט תמיד אמור לנוע בקו ישר. עם זאת, הוא עשוי לסטות מקו ישר ועשוי ללכת בזווית מסוימת או במסלול מוטה בגלל אי-אידיאליות כמו משטח לא אחיד, חוסר איזון המוני בהרכבת רובוטים, חוסר איזון אדריכלי או חשמלי במנועי DC או הכיוון האקראי של גלגל הריצה החופשי הקדמי. קח צעד אחד.. תקן את הכותרת שלך … התקדם. הרובוט נע גם לאחור אם הוא נוסע יותר מהאורך המתוכנת של קטע הקו הספציפי הזה. אורך הצעד הבא תלוי במרחק הנותר שיש לכסות אותו קטע ישר ישר. הרובוט עושה צעדים גדולים כאשר המרחק שיש לנסוע הוא גדול יותר וצעדים קטנים יותר קרוב ליעד (כלומר סוף כל קטע ישר). oblu מעביר נתונים לארדואינו ולטלפון (באמצעות Bluetooth) בו זמנית. Xoblu (אפליקציית האנדרואיד) מבצעת כמה חישובים פשוטים לבניית הנתיב על סמך מידע התנועה המתקבל מהרובוט, המשמש למעקב בזמן אמת בטלפון. (בניית שבילים באמצעות Xoblu מתוארת בתמונה השנייה).

לסיכום, אובלו חש תנועה ומעביר מידע תנועה לארדואינו ולטלפון במרווחי זמן קבועים. בהתבסס על הנתיב המתוכנת ומידע התנועה (שנשלח על ידי אובלו), ארדואינו שולט בתנועות הגלגלים. תנועת הרובוט אינה נשלטת מרחוק למעט פקודות התחלה/עצירה.

לקבלת קושחה של oblu בקר בכתובת

לקבלת קוד אורדואינו של הרובוט בקר בכתובת

שלב 7: דוגמנות נתיב

הרובוט יכול להיות נשלט בצורה הטובה ביותר אם הוא הולך במקטעי קו ישר בלבד. לכן, הנתיב חייב להיות מעוצב תחילה כקבוצת מקטעי קו ישר. התמונות מכילות כמה נתיבים לדוגמא והייצוג שלהם במונחים של תזוזה והתמצאות. כך מתוכנת הנתיב בארדואינו.

באופן דומה ניתן להגדיר ולתכנת כל נתיב המהווה קבוצה של מקטעי קו ישר בארדואינו.

שלב 8: הרכבה של מעגלים

תרשים שילוב המערכת ברמה העליונה. Arduino ו- oblu הם חלק ממכלול החומרה. UART משמש לתקשורת בין ארדואינו לאובלו. (שים לב לחיבור Rx/Tx החיבור.) כיוון זרימת הנתונים הוא לעיון בלבד. מכלול החומרה כולו מתקשר עם הסמארטפון (Xoblu) באמצעות Bluetooth.

שלב 9: תרשים מעגל

החיבורים החשמליים המפורטים בין Arduino, אובלו, נהג מנוע וחבילת סוללה.

שלב 10: פרוטוקול תקשורת:

להלן כיצד מתקיימת תקשורת הנתונים בין חיישן האובלו המותקן על הרובוט והסמארטפון, כלומר Xoblu:

שלב 1: Xoblu שולח את הפקודה START ל- oblu שלב 2: oblu מאשר קבלת פקודה על ידי שליחת ACK המתאים ל- Xoblu שלב 3: oblu שולח חבילת DATA המכילה תזוזה והפרת כיוון לכל צעד, בכל שלב, ל- Xoblu. (שלב = בכל פעם שמזהה אפס תנועה או עצירה). שלב 4: Xoblu מאשר קבלת חבילת DATA אחרונה על ידי שליחת ACK המתאימה ל- oblu. (מחזור שלבים 3 ו -4 חוזר על עצמו עד ש- Xoblu שולח STOP. עם קבלת הפקודה STOP מבצע אובלו את שלב 5) שלב 5: STOP - (i) הפסק את העיבוד ב- oblu (ii) עצור את כל הפלטים ב- oblu עיין בהערת היישום של oblu עבור פרטים על START, ACK, DATA ו- STOP

שלב 11: כיצד פועל "אובלו" IMU (אופציונלי):

הצגת כמה הפניות בסקירה הכללית של אובלו ועקרון הפעולה הבסיסי של חיישני PDR המותקנים ברגליים:

קוד המקור הזמין של oblu מכוון לניווט המותקן ברגל. וזה מותאם בצורה הטובה ביותר למטרה זו. הסרטון שלהלן מכסה את עיקר הפעולה הבסיסי שלו:

להלן מספר מאמרים פשוטים על חיישני PDR המותקנים ברגל: 1. עקוב אחר צעדי

2. המשך לעקוב אחר צעדי

אתה רשאי לעיין במסמך זה לפרטים על חשבון מתים להולכי רגל באמצעות חיישני רגליים.

שלב 12: בקר ב "oblu.io" (אופציונלי)

צפה בסרטון ליישומים האפשריים של "אובלו":

---------------- אנא שתף את המשוב שלך, הצעות והשאיר הערות.

שלב 13: רכיבים

1 oblu (פלטפורמת פיתוח IMU של מקור פתוח)

ערכת מארז סוללות לרכב חכם למנוע רובוט אחד DIY מקודד מהירות ל- Arduino

1 לוח לחם ללא גודל הלחמה

1 חוטי מגשר זכר/נקבה

2 קבלים 1000 µF

1 נהגי מנוע כפולה H-Bridge של טקסס אינסטרומנטס L293D

1 Arduino Mega 2560 ו- Genuino Mega 2560

4 שירותי אינטרנט של אמזון AA 2800 Ni-MH נטענת